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第1章 绪论1

1.1 聚变中子的产生1

1.2 聚变反应装置3

1.2.1 磁约束聚变装置3

1.2.2 惯性约束聚变装置7

1.2.3 其他聚变途径8

1.3 聚变能发展技术路线9

1.4 聚变中子学研究概述11

1.4.1 聚变中子学特点11

1.4.2 研究内容12

参考文献14

上篇 聚变中子学理论与方法19

第2章 聚变中子输运理论与计算方法19

2.1 中子与物质相互作用19

2.2 中子输运理论基础21

2.2.1 中子输运方程22

2.2.2 固定源与本征值问题25

2.3 中子输运计算方法26

2.3.1 蒙特卡罗方法27

2.3.2 确定论方法40

2.4 中子输运计算程序48

2.4.1 蒙特卡罗程序48

2.4.2 确定论程序51

参考文献51

第3章 聚变中子引发的嬗变与活化54

3.1 嬗变与活化物理基础54

3.2 嬗变与活化计算方法57

3.2.1 解析方法57

3.2.2 数值方法58

3.3 嬗变特征量64

3.3.1 燃料增殖64

3.3.2 核燃料消耗65

3.3.3 核废物嬗变66

3.4 活化特征量69

3.5 嬗变与活化计算程序70

参考文献72

第4章 聚变中子辐照材料损伤74

4.1 中子辐照损伤的基本原理74

4.2 中子辐照离位损伤75

4.2.1 初级碰撞76

4.2.2 级联碰撞77

4.2.3 离位损伤计算方法77

4.3 中子辐照对材料微观结构和性能的影响79

4.3.1 辐照对材料微观结构的影响79

4.3.2 辐照对材料性能的影响82

4.4 聚变中子辐照材料损伤的研究方法87

4.4.1 中子辐照损伤实验研究方法87

4.4.2 中子辐照损伤计算模拟方法88

参考文献92

第5章 辐射剂量与生物安全93

5.1 辐射防护原则和要求93

5.2 放射性源项与核素迁移95

5.2.1 放射性源项95

5.2.2 放射性核素在聚变系统内的迁移96

5.2.3 放射性核素在环境中的迁移97

5.3 辐射剂量计算101

5.3.1 辐射剂量学物理量102

5.3.2 外照射剂量计算105

5.3.3 内照射剂量计算109

5.4 辐射生物学效应112

5.4.1 辐射生物学损伤原理112

5.4.2 氚生物学效应113

5.4.3 中子生物学效应115

参考文献118

第6章 聚变核数据库120

6.1 核数据库简介120

6.1.1 实验核数据库120

6.1.2 评价核数据库121

6.1.3 应用核数据库121

6.2 输运核数据库122

6.2.1 输运核数据库制作方法122

6.2.2 输运核数据库简介131

6.3 嬗变与活化核数据库132

6.3.1 活化反应截面数据库132

6.3.2 衰变数据库135

6.3.3 裂变产额数据库135

6.4 辐照损伤核数据库136

6.4.1 辐照损伤核数据库制作方法136

6.4.2 辐照损伤核数据库简介139

参考文献140

第7章 中子学综合模拟与虚拟仿真142

7.1 综合模拟系统架构142

7.1.1 综合模拟主要内容142

7.1.2 综合模拟难点问题143

7.1.3 典型综合模拟系统架构145

7.2 全空间精准建模146

7.2.1 构造实体建模146

7.2.2 面片建模151

7.2.3 网格建模153

7.2.4 体素建模153

7.3 中子学全过程与多物理耦合计算155

7.3.1 蒙特卡罗与确定论耦合输运计算155

7.3.2 中子学全过程耦合计算158

7.3.3 中子学多物理耦合计算159

7.4 多维可视化分析与虚拟仿真161

7.4.1 多维可视化分析161

7.4.2 虚拟仿真164

7.5 中子学综合模拟系统简介166

7.5.1 SuperMC167

7.5.2 ISPC169

参考文献170

中篇 聚变中子学设计原理173

第8章 聚变实验堆中子学设计原理173

8.1 国际热核实验堆ITER简介173

8.2 ITER中子学设计目标与内容175

8.3 ITER中子学设计方法178

8.4 ITER主机中子学设计182

8.4.1 氚增殖包层182

8.4.2 屏蔽包层185

8.4.3 偏滤器188

8.4.4 窗口插件190

8.4.5 冷却水系统191

8.4.6 真空室193

8.4.7 超导磁体系统195

8.4.8 热屏198

8.5 ITER建筑中子学设计199

8.5.1 辐射分区199

8.5.2 建筑屏蔽设计201

8.6 ITER安全分析与环境影响评价208

参考文献210

第9章 聚变动力堆中子学设计原理212

9.1 聚变动力堆概述212

9.1.1 动力堆原理212

9.1.2 动力堆特点215

9.1.3 典型动力堆概念215

9.2 聚变动力堆中子学设计218

9.2.1 设计目标与内容218

9.2.2 设计方法219

9.2.3 设计案例222

参考文献232

第10章 聚变裂变混合堆中子学设计原理233

10.1 混合堆设计概述233

10.1.1 混合堆原理233

10.1.2 混合堆特点235

10.1.3 典型混合堆概念237

10.2 混合堆中子学设计241

10.2.1 设计目标与内容241

10.2.2 设计方法242

10.2.3 设计案例245

参考文献255

下篇 聚变中子学实验技术259

第11章 聚变中子学实验方法259

11.1 聚变中子学实验特点259

11.2 聚变中子探测技术260

11.2.1 中子探测原理260

11.2.2 中子通量密度测量262

11.2.3 中子能谱测量269

11.3 中子截面测量方法276

11.3.1 总截面测量276

11.3.2 微分截面测量277

11.4 积分量测量方法278

11.4.1 中子倍增率测量278

11.4.2 产氚率测量279

11.4.3 核热沉积测量281

11.4.4 穿透概率谱测量281

11.4.5 活化反应率测量281

11.4.6 辐射剂量测量282

11.4.7 其他积分量测量282

参考文献285

第12章 聚变中子学实验装置287

12.1 中子源分类概况287

12.2 加速器型聚变中子源288

12.3 反应堆型聚变中子源294

12.4 其他中子源297

参考文献302

第13章 聚变中子学实验304

13.1 核数据测量与验证实验304

13.1.1 中子输运截面实验304

13.1.2 中子引发的嬗变与活化截面实验307

13.1.3 核素衰变与剂量实验309

13.2 聚变中子学计算方法与程序验证实验310

13.2.1 中子输运程序验证311

13.2.2 中子嬗变与活化程序验证312

13.2.3 剂量计算方法验证313

13.3 聚变核设计验证实验314

13.3.1 氚增殖实验315

13.3.2 屏蔽实验316

13.3.3 辐射剂量实验319

13.3.4 材料活化实验320

13.3.5 材料辐照损伤实验321

13.3.6 聚变裂变混合堆包层实验324

13.4 聚变中子学实验发展展望325

参考文献326

后记328